コリオリの力

coriolisPerfect.pde

// 円柱型スペースコロニーのシミュレーション
float radius = 300;  // 画面上での円の半径（ピクセル）
float realRadius = 6.0;  // 実際のコロニーの半径（メートル）
float g = 9.8;  // 地球の重力加速度（m/s²）
float omega;  // コロニーの角速度（rad/s）
float timeScale = 0.5;  // 時間のスケール（シミュレーション速度調整用）
float dt = 0.01;  // 時間ステップ（秒）

// ボールのプロパティ
float ballX, ballY;  // ボール位置
float ballVX, ballVY;  // ボール速度
float ballRadius = 10;  // ボールの半径（描画用）
float apparentGravity = 0;  // 見かけ上の重力
ArrayList<PVector> trajectory = new ArrayList<PVector>();  // ボールの軌跡を記録

boolean ballLaunched = false;  // ボールが発射されたかどうか

// 回転の視覚化のためのマーカー
float colonyRotation = 0;  // コロニーの回転角度
ArrayList<PVector> markers = new ArrayList<PVector>();  // 回転マーカーの位置

void setup() {
  size(700, 700);
  background(0);
  
  // 地球の重力と同じになる角速度を計算
  omega = sqrt(g / realRadius)*1;
  
  // ボールの初期位置をリセット
  resetBall();
  
  // 回転マーカーを追加
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    float angle = TWO_PI * i / 8;
    markers.add(new PVector(cos(angle) * radius * 0.9, sin(angle) * radius * 0.9));
  }
  
  fill(255);
  textSize(14);
}

void draw() {
  // 背景を黒に
  background(0);
  
  // 座標系の原点をウィンドウの中央に移動
  translate(width/2, height/2);
  
  // 現在のコロニーの回転を更新
  colonyRotation += omega * dt * timeScale * 5; // 視覚化のため少し速くしています
  
  // スペースコロニーの輪郭を描画
  noFill();
  stroke(0, 255, 0);
  ellipse(0, 0, radius*2, radius*2);
  
  // 回転マーカーを描画
  pushMatrix();
  rotate(colonyRotation);
  
  fill(100, 200, 255, 150);
  for (PVector marker : markers) {
    ellipse(marker.x, marker.y, 30, 30);
    // マーカー間を結ぶ線
    stroke(100, 200, 255, 100);
    line(0, 0, marker.x, marker.y);
  }
  
  // 壁の質感を追加（オプション）
  noFill();
  stroke(100, 200, 255, 50);
  for (int i = 0; i < 20; i++) {
    ellipse(0, 0, radius * 2 * (0.9 + i * 0.005), radius * 2 * (0.9 + i * 0.005));
  }
  popMatrix();
  
  // 物理シミュレーション
  if (ballLaunched) {
    // 複数回更新して精度を上げる
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
      updateBallPhysics();
    }
    
    // ボールの軌跡を記録
    trajectory.add(new PVector(ballX, ballY));
    
    // 軌跡が長すぎる場合は古いポイントを削除
    if (trajectory.size() > 2000) {
      trajectory.remove(0);
    }
  }
  
  // 軌跡を描画
  stroke(255, 100, 100);
  noFill();
  beginShape();
  for (PVector p : trajectory) {
    vertex(p.x, p.y);
  }
  endShape();
  
  // ボールを描画
  fill(255, 200, 0);
  noStroke();
  ellipse(ballX, ballY, ballRadius*2, ballRadius*2);
  
  // 見かけ上の重力の計算
  updateApparentGravity();
  
  // 情報テキスト表示
  displayInfoText();
  
  // 見かけ上の重力をバーで表示
  displayGravityBar();
}

void updateBallPhysics() {
  // スケール変換（画面座標 → 実座標）
  float x = ballX * realRadius / radius;
  float y = ballY * realRadius / radius;
  float vx = ballVX * realRadius / radius;
  float vy = ballVY * realRadius / radius;
  
  // 遠心力加速度（見かけの重力）
  float r = sqrt(x*x + y*y);
  float ax_centrifugal = 0;
  float ay_centrifugal = 0;
  
  if (r > 0.01) {  // ゼロ除算防止
    ax_centrifugal = omega*omega * x;
    ay_centrifugal = omega*omega * y;
  }
  
  // コリオリ力加速度
  float ax_coriolis = -2 * omega * vy;
  float ay_coriolis = 2 * omega * vx;
  
  // 加速度の合計
  float ax = ax_centrifugal + ax_coriolis;
  float ay = ay_centrifugal + ay_coriolis;
  
  // 速度と位置の更新
  vx += ax * dt * timeScale;
  vy += ay * dt * timeScale;
  x += vx * dt * timeScale;
  y += vy * dt * timeScale;
  
  // 壁との衝突判定・反射
  float distFromCenter = sqrt(x*x + y*y);
  if (distFromCenter > realRadius - 0.1) {  // ボールが壁に当たったら
    // 法線方向ベクトル
    float nx = x / distFromCenter;
    float ny = y / distFromCenter;
    
    // 速度の法線成分
    float vn = vx * nx + vy * ny;
    
    // 反射後の速度計算（反発係数0.8）
    vx = vx - (1 + 0.99) * vn * nx;
    vy = vy - (1 + 0.99) * vn * ny;
    
    // 位置の調整（壁の内側に戻す）
    float correctionFactor = (realRadius - 0.1) / distFromCenter;
    x *= correctionFactor;
    y *= correctionFactor;
  }
  
  // スケール変換（実座標 → 画面座標）
  ballX = x * radius / realRadius;
  ballY = y * radius / realRadius;
  ballVX = vx * radius / realRadius;
  ballVY = vy * radius / realRadius;
}

void updateApparentGravity() {
  // ボールの実座標でのポジション
  float x = ballX * realRadius / radius;
  float y = ballY * realRadius / radius;
  
  // 遠心力によるみかけの重力の大きさを計算
  float r = sqrt(x*x + y*y);
  apparentGravity = omega * omega * r;
}

void displayGravityBar() {
  // 画面右側に重力バーを表示
  float barX = width/2 - 120;
  float barY = -height/2 + 70;
  float barHeight = 20;
  float barMaxWidth = 100;
  
  // 地球の重力に対する相対値（1.0が地球と同じ）
  float relativeGravity = apparentGravity / g;
  
  // バーの枠を表示
  stroke(200);
  noFill();
  rect(barX, barY, barMaxWidth, barHeight);
  
  // バーを表示（相対重力に応じて色を変える）
  if (relativeGravity < 0.8) {
    fill(100, 200, 100);  // 弱い重力は緑色
  } else if (relativeGravity < 1.2) {
    fill(200, 200, 100);  // 地球に近い重力は黄色
  } else {
    fill(200, 100, 100);  // 強い重力は赤色
  }
  
  // バーの長さは相対重力に比例（最大2G相当）
  float barWidth = min(barMaxWidth, barMaxWidth * relativeGravity / 2.0);
  rect(barX, barY, barWidth, barHeight);
}

void displayInfoText() {
  fill(255);
  textAlign(LEFT);
  
  // 画面左上に情報表示
  text("Rotate Speed: " + nf(2*PI/omega, 1, 2) + " sec", -width/2 + 20, -height/2 + 30);
  text("Virtual Gravity: " + nf(apparentGravity, 1, 2) + " m/s²", -width/2 + 20, -height/2 + 50);
  text("Earth's G: ratio " + nf(apparentGravity/g, 1, 2) + "G", -width/2 + 20, -height/2 + 70);
  text("click shoot | R key reset", -width/2 + 20, -height/2 + 90);
}

void resetBall() {
  // ボールを中心近くに配置
  ballX = radius * 0.5;  // 右半分に配置
  ballY = 0;
  
  // 初期速度をゼロに
  ballVX = 0;
  ballVY = 0;
  
  // 軌跡をクリア
  trajectory.clear();
  
  // 発射フラグをリセット
  ballLaunched = false;
  
  // 見かけ上の重力を更新
  updateApparentGravity();
}

void mousePressed() {
  if (!ballLaunched) {
    // ボールを発射
    // マウス位置への初速度を設定
    PVector direction = new PVector(mouseX - width/2 - ballX, mouseY - height/2 - ballY);
    direction.normalize();
    
    // 初速度の大きさ（画面スケールで100ピクセル/秒）
    float speed = 200;
    ballVX = direction.x * speed;
    ballVY = direction.y * speed;
    
    ballLaunched = true;
  }
}

void keyPressed() {
  if (key == 'r' || key == 'R') {
    resetBall();
  }
}